1、增分微课八 PART 08 电化学组合装置的分析增分典例探究提分强化训练 题型综述 专题八电化学组合装置的分析增分点一 多池组合电池的综合分析增分典例探究【解题策略】本类试题准确判断电池种类是关键,灵活利用电子守恒是处理数据的法宝。具体可按以下三个步骤进行:第一步:判断电极原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极另一个碳棒作电极;而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。或者根据电极反应现象判断,在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型。增分典例探究 第二步:利用相关概念进行分析判断在确定了原电池和电解池后,利用有关概念作分析和判断,如电极的判断、电
2、极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、pH 的变化及电解质溶液的恢复等。第三步:串联装置中的数据处理原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:串联电路中各支路电流相等;并联电路中总电流等于各支路电流之和。增分典例探究 例 1 某同学组装了如图 Z8-1 所示的电化学装置,电极为 Al,其他电极均为 Cu,则()图 Z8-1A.电流方向:电极电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应:Cu2+2e-Cu增分典例探究 解析 根据原电池的构成原理,可知电极为负极,电极为正极,电极为阳极,电极为阴极。电子流向为电极 电极,故电流
3、方向为电极 电极,A 项正确;电极为负极,发生氧化反应,B 项错误;电极为正极,Cu2+在此被还原,C 项错误;电极为阳极,活性阳极 Cu 在此被氧化,D 项错误。答案 A增分典例探究 变式题2016北京卷 用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象 a、d 处试纸变蓝;b 处变红,局部褪色;c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A.a、d 处:2H2O+2e-H2+2OH-B.b 处:2Cl-2e-Cl2C.c 处发生了反应:Fe-2e-Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中 m 处能析出铜 增分典例探究 解析 a、d 处
4、试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢氧根离子剩余造成的,故 A 项正确;b 处变红,局部褪色,说明是溶液中的氢氧根离子和氯离子同时放电,故 B 项错误;c 处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,故 C 项正确;实验一中ac 形成电解池,db 形成电解池,所以实验二中也相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极),m 为电解池的阴极,另一球朝 m 的一面为阳极(n 的背面),故相当于电镀,即 m 上有铜析出,故 D 项正确。答案 B增分点二 有附加装置的新型电化学装置的分析 增分典例探究【解题策略】解答本类试题时一般先要弄清附加装置的作用,然后结合电化学原理分析,逐项解答
5、题设各项。增分典例探究 例 2 2015江苏卷 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图 Z8-2 所示。下列有关该电池的说法正确的是()图 Z8-2A.反应 CH4+H2O3H2+CO,每消耗 1 mol CH4 转移 12 mol 电子B.电极 A 上 H2 参与的电极反应:H2+2OH-2e-2H2OC.电池工作时,C 向电极 B 移动D.电极 B 上发生的电极反应:O2+2CO2+4e-2C增分典例探究 解析 根据原电池原理,该燃料电池中,通入 O2的一端为正极,通入 CO 和 H2的一端为负极。CH4中的C为-4价,反应后生成的CO中C为+2价,1 mol CH4放电转移6 mol e-,
6、A 项错误;该电池的电解质为熔融碳酸盐,故无 OH-,电极反应为 H2-2e-+CO32-CO2+H2O 或 CO-2e-+CO32-2CO2,B 项错误;原电池中 CO32-移向负极(A 极),C 项错误;B 极 O2 放电,结合 CO2 生成 CO32-:O2+2CO2+4e-2CO32-,D 项正确。答案 D增分典例探究 变式题2013 年 3 月我国科学家报道了如图 Z8-3 所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()图 Z8-3A.a 为电池的正极B.电池充电反应为 LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a 极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中 Li+从 b
7、 向 a 迁移增分典例探究 解析 根据题给装置图判断,Li 金属电极 b 电极为原电池的负极,电极反应式为 Li-e-Li+,则 a 为电池的正极,A 项正确;该电池放电时的反应为 Li1-xMn2O4+xLi LiMn2O4,则充电时的反应为 LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLi,B 项正确;放电时 a 极中是锰的化合价发生变化,C 项错误;带正电荷的阳离子移向电源的正极,D 项正确。答案 C提分强化训练 1.图 Z8-4 所示的电解池和中,a、b、c 和 d 均为 Pt 电极。电解过程中,电极 b和 d 上没有气体逸出,但质量均增大,且增重 bd。符合上述实验结果的盐溶液是()图
8、Z8-4选项XYA.MgSO4CuSO4B.AgNO3Pb(NO3)2C.FeSO4Al2(SO4)3D.CuSO4AgNO3解析 X 为 MgSO4,Y 为 CuSO4,电极 b 有气体 H2 产生,A 项错误;X 为 AgNO3,Y 为Pb(NO3)2,电极 d 上有气体 H2 产生,B 项错误;X 为 FeSO4,Y 为 Al2(SO4)3,电极 d 上有气体 H2 产生,C 项错误;X 为 CuSO4,Y 为 AgNO3,电极 b 上析出 Cu,电极 d 上析出 Ag,转移的电子物质的量相等时,增重 bd,D 项正确。提分强化训练 答案 D提分强化训练 2.用铅蓄电池电解 AgNO3、
9、Na2SO3 的溶液,a、b、c、d 电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),通电时 a 电极质量增加,下列说法正确的是()图 Z8-5A.电路中通过 1 mol 电子时,Y 电极质量增加 48 gB.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为 PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-PbSO4(s)+2H2O(l)C.c、d 电极产生气体的物质的量之比为 12D.X 极为负极 提分强化训练 解析 a 极质量增加,即析出了 Ag,a 为阴极,则 Y 为负极,X 为正极,D 项错误;Y 极电极反应式为
10、Pb(s)-2e-+SO42-(aq)PbSO4(s),即转移 2 mol 电子时,Y 电极质量增加 96 g,A 正确,B项错误;c 为阴极放出 H2,d 为阳极放出 O2,物质的量之比为 21,C 项错误。答案 A提分强化训练 3.如图 Z8-6 所示,将两烧杯中电极用导线相连,四个电极分别为 Mg、Al、Pt、C。当闭合开关 S 后,以下表述正确的是()图 Z8-6A.电流表指针不发生偏转B.Al、Pt 两极有 H2 产生C.甲池 pH 减小,乙池 pH 不变D.Mg、C 两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反应 提分强化训练 解析 甲池两极是活动性不同的两种金属,且 Al 能与 Na
11、OH 溶液发生自发的氧化还原反应,是原电池,作电源,乙池是电解池,电流表偏转,A 项错误;甲池 Mg 作正极,H2O 得电子生成 H2,乙池 Pt 作阴极,水分子(或 H+)得电子生成 H2,B 项错误;乙池中电解了水,OH-浓度增大,pH 增大,C 项错误;根据电子转移数目相等,则 Mg、C 两极产生的 H2、O2 体积比为 21,在一定条件下可以完全反应,D 项正确。答案 D提分强化训练 4.用固体氧化物作为电解质的氢氧燃料电池电解 Na2SO4溶液,已知固体氧化物在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过,其工作原理如图 Z8-7 所示(c、d 均为惰性电极)。下列有关说法正确的是()图 Z
12、8-7A.电路中电子流向为 adcbB.电极 b 为负极,电极反应式为 O2+4e-2O2-C.电解后烧杯中溶液 pH 增大D.理论上 b 极消耗气体和 c 极生成气体质量相等 提分强化训练 解析 在溶液中没有电子的流动,只有离子的流动,A 项错误;通入 O2 的一极(电极 b)为电池的正极,发生还原反应,B 项错误;惰性电极电解 Na2SO4 溶液实质上是电解水,溶液的 pH 不变,C 项错误;c 极生成 O2,根据得失电子守恒可知 D 项正确。答案 D 提分强化训练 5.流动电池是一种新型电池。其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动,在电池外部调节电解质溶液,以保持电池内部电极周围溶液浓
13、度的稳定。北京化工大学新开发的一种流动电池如图 Z8-8 所示,电池总反应为 Cu+PbO2+2H2SO4 CuSO4+PbSO4+2H2O。下列说法不正确的是()图 Z8-8A.a 为负极,b 为正极B.该电池工作时 PbO2 电极附近溶液的 pH 增大C.a 极的电极反应式为 Cu-2e-Cu2+D.调节电解质溶液的方法是补充 CuSO4 提分强化训练 解析 根据电池总反应 Cu+PbO2+2H2SO4 CuSO4+PbSO4+2H2O 可得铜为负极,PbO2为正极,A 项正确;该电池工作时 PbO2 电极发生的反应为 PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O,消耗了溶液中的
14、 H+,故溶液的 pH 增大,B 项正确;铜电极的电极反应为Cu-2e-Cu2+,C项正确;通过总反应可以看到 H2SO4参加了反应,故应补充 H2SO4,D项错误。答案 D 提分强化训练 6.某兴趣小组的同学用如图 Z8-9 所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的开关时,观察到电流计的指针发生了偏转。图 Z8-9请回答下列问题:(1)甲池为 (填“原电池”“电解池”或“电镀池”),通入 CH3OH 电极的电极反应式为 。原电池 提分强化训练(2)乙池中 A(石墨)电极的名称为 (填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”),总反应式为 。(3)当乙池中 B 极质量增加 5.40 g 时,甲池
15、中理论上消耗 O2 的体积为 mL(标准状况下),丙池中 极析出 g 铜。(4)若丙中电极不变,将其溶液换成 NaCl 溶液,开关闭合一段时间后,甲中溶液的 pH 将 (填“增大”“减小”或“不变”);丙中溶液的 pH 将 (填“增大”“减小”或“不变”)。阳极 4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3280D1.6减小增大提分强化训练 解析(1)甲池为原电池,通入 CH3OH 的电极为负极,电极反应式为 CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O。(2)乙池中为电解 AgNO3 溶液,其中 A 作阳极,B 作阴极,总反应式为 4AgNO3+2H2O4Ag+O2+4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子相同,得 n(Ag)=4n(O2)=2n(Cu),故V(O2)=145.40 g108 g/mol 22.4 L/mol=0.28 L=280 mL,m(Cu)=125.40 g108 g/mol 64 g/mol=1.60 g。(4)若丙中电极不变,将其溶液换成 NaCl 溶液,根据丙中总反应 2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,则溶液 pH 增大,而甲中总反应为 2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O,溶液 pH 减小。
